CN102520584B - 光敏苯并环丁烯树脂组合物及制备方法以及其图案化方法 - Google Patents

光敏苯并环丁烯树脂组合物及制备方法以及其图案化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光敏苯并环丁烯树脂组合物，包括苯并环丁烯树脂、光敏剂及有机溶剂，从而具有感光性，且其成膜性好，耐热性好；还公开了一种光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，通过将苯并环丁烯树脂加入至有机溶剂中，搅拌至完全溶解；在完全溶解后的苯并环丁烯树脂与有机溶剂的混合溶液中加入光敏剂，并在紫外屏蔽条件下搅拌，从而得到负性光敏苯并环丁烯树脂组合物，该方法简单方便；还公开了一种上述树脂组合物的图案化方法，通过在一涂膜基材上旋转涂敷光敏苯并环丁烯树脂组合物，之后依次经过前烘、曝光、显影、固化，得到具有机械强度的图案化光敏苯并环丁烯树脂，该方法不需使用光刻胶，简单方便，且大大降低成本。

Description

光敏苯并环丁烯树脂组合物及制备方法以及其图案化方法
本申请要求享有申请号为“201110268631.8”、名称为“苯并环丁烯封端的可溶性酰亚胺单体及其制备和使用方法”的中国专利申请的优先权，该优先权文本中的所有内容均引入本申请文件中，作为本申请文件的参考内容。
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种光敏苯并环丁烯树脂组合物及制备方法以及其图案化方法。
背景技术
随着超大规模集成电路特征尺寸的不断减小，芯片的封装尺寸也在相应地减小，封装密度不断增大。在芯片的封装工艺中越来越多地采用了多层布线工艺。例如，对于256MB的动态随机存储器(DRAM)，金属互联线最多为4层；而对于1GB的DRAM，金属互联线的层数可多达10层。由于金属互联层数的不断增加以及互联线间距的不断减小而造成的连线间的串扰(cross-talk)问题和信号的延迟问题越来越突出，这在很大程度上影响到了超大规模集成电路器件的性能。
研究表明，互联延迟与所采用的层间介质层(Interlayer Dielectric，ILD)材料的介电常数k密切相关，采用低介电常数的ILD可有效降低芯片内部信号传输的延迟时间。
除了要求ILD材料的介电常数低之外，为了适应IC制造工艺的要求，还需要ILD材料具有优良的耐热稳定性、高绝缘强度、高尺寸稳定性、低应力、低吸水率以及与金属基材间优良的粘附性等。综合上述要求，耐高温聚合物无疑是低k ILD材料的理想选择。
在耐高温聚合物中，聚酰亚胺(PI，Polyimide)材料最早被应用于ILD领域。但是由于普通的PI材料的介电常数大于3，而且其吸水率较高，Cu迁移率也较高，因此限制了其应用。
与PI材料不同，苯并环丁烯(BCB，Benzocyclobutene)树脂是一类具有交联网状结构的有机聚合物，这类材料固化后具有优良的热稳定性、尺寸稳定性，尤其是较低的介电常数与介电损耗以及极低的Cu迁移率。这些优良特性使其成为ILD材料的理想选择。但普通的BCB树脂不具感光性，使其在微电子领域作为图形化的膜材料使用时必须与其它感光材料(例如光刻胶)相结合使用，从而使光刻工艺复杂化，并且增加了成本。
因此，有必要对现有的BCB树脂及其制备方法进行改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光敏苯并环丁烯树脂组合物及制备方法以及其图案化方法，以提高BCB树脂的性能。
为解决上述问题，本发明提出一种光敏苯并环丁烯树脂组合物，该光敏苯并环丁烯树脂组合物包括如下组分：苯并环丁烯树脂，光敏剂，以及有机溶剂。
可选的，所述苯并环丁烯树脂与光敏剂的摩尔比为1∶0.1～1∶1；所苯并环丁烯树脂与光敏剂的总重量为有机溶剂重量的5％～40％。
可选的，所述苯并环丁烯树脂的结构式如下：
Figure BDA0000127985400000021
其中，R为连接两个芳香族二元酸酐分子的官能团。
可选的，所述R为O、CO、C(CH3)2、C(CF3)2、S、SO2中的任一种。
可选的，所述光敏剂为叠氮化合物。
可选的，所述光敏剂的结构式为如下结构式中的任一种：
Figure BDA0000127985400000022
Figure BDA0000127985400000031
可选的，所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、或二甲基亚砜中的任一种。
同时，为解决上述问题，本发明还提供一种上述光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：
将所述苯并环丁烯树脂加入至所述有机溶剂中，搅拌至完全溶解；
在所述完全溶解后的苯并环丁烯树脂与有机溶剂的混合溶液中加入所述光敏剂，并在紫外屏蔽条件下搅拌第一时间，得到负性光敏苯并环丁烯树脂组合物组。
可选的，所述第一时间的范围为0.5～12小时。
并且，为解决上述问题，本发明还提供一种上述光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，包括如下步骤：
提供一涂膜基材；
将所述光敏苯并环丁烯树脂组合物旋转涂敷于所述涂膜基材上；
对涂覆于所述涂膜基材上的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行前烘；
对前烘后的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行曝光；
对曝光后的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行显影；以及
对显影后的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行固化。
可选的，所述涂膜基材为陶瓷、硅片、玻璃、聚合物或金属层中的任一种。
可选的，所述旋转涂覆的转速为0-5000转/分。
可选的，所述旋转涂覆的旋涂时间为10-100秒。
可选的，所述前烘的温度为20～100℃。
可选的，所述前烘的时间为5-300分钟。
可选的，所述曝光的光线为i线曝光。
可选的，所述曝光的曝光剂量为200～1500mJ/Gm2。
可选的，所述显影采用的显影液为负胶显影液。
可选的，所述显影的时间为5～60秒。
可选的，所述固化在惰性气体或空气或真空条件下进行。
可选的，所述固化的温度为180～300℃。
与现有技术相比，本发明提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物包括苯并环丁烯树脂、光敏剂、以及有机溶剂，从而具有感光性，并且其成膜性好，耐热性好；
与现有技术相比，本发明提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法通过将苯并环丁烯树脂加入至所述有机溶剂中，搅拌至完全溶解；并在所述完全溶解后的苯并环丁烯树脂与有机溶剂的混合溶液中加入所述光敏剂，并在紫外屏蔽条件下搅拌，从而得到负性光敏苯并环丁烯树脂组合物，该方法简单方便；
与现有技术相比，本发明提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，通过在一涂膜基材上旋转涂敷光敏苯并环丁烯树脂组合物，之后依次经过前烘、曝光、显影、固化，得到图案化的光敏苯并环丁烯树脂，该方法不需使用光刻胶，简单方便，且大大降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物薄膜的紫外-可见光吸收谱图；
图2为本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法的流程图；
图3A至图3E为本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法的各步骤对应的器件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光敏苯并环丁烯树脂组合物及制备方法以及其图案化方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种光敏苯并环丁烯树脂组合物，包括苯并环丁烯树脂、光敏剂、以及有机溶剂，从而具有感光性，并且其成膜性好，耐热性好；同时，还提供一种光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，该方法通过将苯并环丁烯树脂加入至所述有机溶剂中，搅拌至完全溶解；并在所述完全溶解后的苯并环丁烯树脂与有机溶剂的混合溶液中加入所述光敏剂，并在紫外屏蔽条件下搅拌，从而得到负性光敏苯并环丁烯树脂组合物，该方法简单方便；并且，还提供一种光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，通过在一涂膜基材上旋转涂敷光敏苯并环丁烯树脂组合物，之后依次经过前烘、曝光、显影、固化，得到图案化的光敏苯并环丁烯树脂，该方法不需使用光刻胶，简单方便，且大大降低成本。
本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物，包括如下组分：苯并环丁烯树脂，光敏剂，以及有机溶剂。
进一步地，所述苯并环丁烯树脂与光敏剂的摩尔比为1∶0.1～1∶1；所述苯并环丁烯树脂与光敏剂的总重量为有机溶剂重量的5％～40％。
进一步地，所述苯并环丁烯树脂的结构式如下：
Figure BDA0000127985400000061
其中，R为连接两个芳香族二元酸酐分子的官能团。优选地，所述R为O、CO、C(CH3)2、C(CF3)2、S、SO2中的任一种。
进一步地，所述光敏剂为叠氮化合物。优选地，所述光敏剂的结构式为如下结构式中的任一种：
Figure BDA0000127985400000062
Figure BDA0000127985400000071
进一步地，所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、或二甲基亚砜中的任一种。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的紫外-可见光吸收谱图，该图所采用的光敏苯并环丁烯树脂组合物中的苯并环丁烯树脂的结构式为
Figure BDA0000127985400000072
其中，R为CO；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M(2，6-Bis(4-Azidobenzylidene)-4-Methylcyclohexanone)。
并且，苯并环丁烯树脂与光敏剂的摩尔比为1∶0.175；且苯并环丁烯树脂与光敏剂的重量和为有机溶剂的重量的10％。
由图1可以看出，本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物对320-420nm波长的光有很强的吸收，感光性好。
具体地，本发明实施例中的光敏苯并环丁烯树脂组合物的组分及其比例可为如下几种：
(1)苯并环丁烯树脂的重量为0.15g，其结构式为
Figure BDA0000127985400000081
其中，R为CO；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M，其重量为0.016g；
有机溶剂为二氯甲烷，其重量为2.5g。
(2)苯并环丁烯树脂的重量为0.16g，其结构式为
Figure BDA0000127985400000082
其中，R为CO；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M，其重量为0.05g；
有机溶剂为二氯甲烷，其重量为2.3g。
(3)苯并环丁烯树脂的重量为0.06g，其结构式为其中，R为C(CF3)2；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M，其重量为0.0076g；
有机溶剂为二氯甲烷，其重量为0.42g。
关于本发明提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，请参考以下实施例：
实施例1
暗室中，将0.15g的苯并环丁烯树脂和2.5g的有机溶剂加入10mL棕色瓶中，于室温下磁力搅拌30分钟；然后将0.016g光敏剂加入到该体系，继续搅拌2小时后便得到质量分数约为25％的负性光敏BCB树脂组合物，该组合物的外观显示为橘黄色透明液体。其中，所述苯并环丁烯树脂的结构式为
Figure BDA0000127985400000091
其中，R为CO；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M，有机溶剂为二氯甲烷。
实施例2
暗室中，将0.16g的苯并环丁烯树脂和2.3g的有机溶剂加入10mL棕色瓶中，于室温下磁力搅拌60分钟；然后将0.05g光敏剂加入到该体系，继续搅拌5小时后便得到质量分数约为8.7％的负性光敏BCB树脂组合物，该组合物的外观显示为橘黄色透明液体。其中，所述苯并环丁烯树脂的结构式为
Figure BDA0000127985400000092
其中，R为CO；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M，有机溶剂为二氯甲烷。
实施例3
暗室中，将0.06g的苯并环丁烯树脂和0.42g的有机溶剂加入5mL棕色瓶中，于室温下磁力搅拌30分钟；然后将0.0076g光敏剂加入到该体系，继续搅拌1小时后便得到质量分数约为13％的负性光敏BCB树脂组合物，该组合物的外观显示为橘黄色透明液体。其中，所述苯并环丁烯树脂的结构式为
Figure BDA0000127985400000101
其中，R为C(CF3)2；
光敏剂为紫外光敏剂BAC-M，有机溶剂为二氯甲烷。
请参考图2，以及图3A至图3E，其中图2为本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法的流程图，图3A至图3E为本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法的各步骤对应的器件结构示意图，结合图2以及图3A至图3E，本发明实施例提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法包括如下步骤：
S101、提供一涂膜基材101，如图3A所示；其中，所述涂膜基材为陶瓷、硅片、玻璃、聚合物或金属层中的任一种；
S102、将所述光敏苯并环丁烯树脂组合物102旋转涂敷于所述涂膜基材101上，如图3B所示；其中，所述旋转涂覆的转速为0-5000转/分，旋转涂覆的旋涂时间为10-100秒；
S103、对涂覆于所述涂膜基材101上的光敏苯并环丁烯树脂组合物102进行前烘；其中，所述前烘的温度为20～100℃，前烘的时间为5-300分钟；
S104、对前烘后的光敏苯并环丁烯树脂组合物102进行曝光；具体地在所述光敏苯并环丁烯树脂组合物102上覆盖掩膜板103，并在紫外光104的条件下进行曝光，如图3C所示；其中，曝光采用的光线为i线曝光，曝光剂量为200～1500mJ/cm2；
S105、对曝光后的光敏苯并环丁烯树脂组合物102进行显影，形成图案化的光敏苯并环丁烯树脂组合物105，显影后的器件结构图如图3D所示，其中所述显影采用的显影液为负胶显影液，显影的时间为5～60秒；以及
S106、对显影后的光敏苯并环丁烯树脂组合物105进行固化，形成具有力学性能的图案化光敏苯并环丁烯树脂106，固化后的器件结构图如图3E所示；其中，所述固化在惰性气体或空气或真空条件下进行，并且固化的温度为180～300℃。该固化的图案化的光敏苯并环丁烯树脂具有一定的力学强度，可在其上面直接进行布线工艺。
关于本发明提供的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法的具体说明，请参考以下实施例：
实施例4
暗室中，将0.5毫升实施例1所制备的负性光敏BCB树脂组合物滴于3cm2的硅片上，在500转/分的转速下匀胶10秒后，再在1000转/分的转速下旋涂30秒；涂膜后的硅片于温度为50℃的烘箱中烘烤30分钟后，通过特征尺寸为100微米的掩模板进行i线曝光，曝光剂量为600mJ/cm2，然后在RFX-2277型负胶显影液中显影40秒；之后进行烘干，烘干后在真空下进行固化，固化可以分阶段逐步升高温度进行，例如，可依次在130℃、180℃、210℃、240℃、270℃的温度下分别固化1小时。光学显微镜观察表明，固化后所得淡黄色透明膜具有图案清晰、尺寸均一且无龟裂等特性。
实施例5
暗室中，将0.5毫升实施例2所制备的负性光敏BCB树脂组合物滴于3cm2的硅片上，在500转/分的转速下匀胶10秒，再在1000转/分的转速下旋涂50秒；涂膜后的硅片于温度为50℃的烘箱中烘烤10分钟后，通过特征尺寸为25微米的掩模板进行i线曝光，曝光剂量为700mJ/cm2，然后在RFX-2277型负胶显影液中显影30秒。光学显微镜观察表明，所得图案边缘清晰且尺寸均一。
实施例6
暗室中，将0.3毫升实施例3所制备的负性光敏BCB树脂组合物滴于3cm2的硅片上，在500转/分的转速下匀胶10秒，再在1000转/分的转速下旋涂20秒；涂膜后的硅片于室温下放置60分钟后，通过特征尺寸为100微米的掩模板进行i线曝光，曝光剂量为600mJ/cm2，然后在RFX-2277型负胶显影液中显影20秒。烘干后真空下固化得到图案清晰的淡黄色透明膜，其中固化过程可以分阶段逐步升高温度进行，例如，可依次在130℃、180℃、210℃、250℃的温度下分别固化1小时。
综上所述，本发明提供了一种光敏苯并环丁烯树脂组合物，包括苯并环丁烯树脂、光敏剂、以及有机溶剂，从而具有感光性，并且其成膜性好，耐热性好；同时，还提供了一种光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，该方法通过将苯并环丁烯树脂加入至所述有机溶剂中，搅拌至完全溶解；并在所述完全溶解后的苯并环丁烯树脂与有机溶剂的混合溶液中加入所述光敏剂，并在紫外屏蔽条件下搅拌，从而得到光敏苯并环丁烯树脂组合物，该方法简单方便；并且，还提供了一种光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，通过在一涂膜基材上旋转涂敷光敏苯并环丁烯树脂组合物，之后依次经过前烘、曝光、显影、固化，得到具有力学性能的图案化苯并环丁烯树脂，该方法不需使用光刻胶，简单方便，且大大降低成本。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (19)

1.一种光敏苯并环丁烯树脂组合物，其特征在于，包括如下组分：苯并环丁烯树脂，光敏剂，以及有机溶剂； 
其中，所述苯并环丁烯树脂的结构式如下： 
Figure FDA0000412702900000011
其中，R为O、CO、C(CH3)2、C(CF3)2、S、SO2中的任一种。 
2.如权利要求1所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物，其特征在于，所述苯并环丁烯树脂与光敏剂的摩尔比为1:0.1～1:1；所述苯并环丁烯树脂与光敏剂的总重量为有机溶剂重量的5%～40%。 
3.如权利要求1所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物，其特征在于，所述光敏剂为叠氮化合物。 
4.如权利要求3所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物，其特征在于，所述光敏剂的结构式为如下结构式中的任一种： 
Figure FDA0000412702900000012
5.如权利要求1所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、或二甲基亚砜中的任一种。 
6.一种如权利要求1至5任一项所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 
将所述苯并环丁烯树脂加入至所述有机溶剂中，搅拌至完全溶解； 
在所述完全溶解后的苯并环丁烯树脂与有机溶剂的混合溶液中加入所述光敏剂，并在紫外屏蔽条件下搅拌第一时间，得到负性光敏苯并环丁烯树脂组合物。 
7.如权利要求6所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述第一时间的范围为0.5～12小时。 
8.一种如权利要求1至5任一项所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案 化方法，其特征在于，包括如下步骤： 
提供一涂膜基材； 
将所述光敏苯并环丁烯树脂组合物旋转涂敷于所述涂膜基材上； 
对涂覆于所述涂膜基材上的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行前烘； 
对前烘后的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行曝光； 
对曝光后的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行显影；以及 
对显影后的光敏苯并环丁烯树脂组合物进行固化。 
9.如权利要求8所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述涂膜基材为陶瓷、硅片、玻璃、聚合物或金属层中的任一种。 
10.如权利要求8所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述旋转涂敷的转速为0-5000转/分。 
11.如权利要求10所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述旋转涂敷的旋涂时间为10-100秒。 
12.如权利要求8所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述前烘的温度为20～100℃。 
13.如权利要求12所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述前烘的时间为5-300分钟。 
14.如权利要求8所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述曝光的光线为i线曝光。 
15.如权利要求14所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述曝光的曝光剂量为200～1500mJ/cm2。 
16.如权利要求8所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述显影采用的显影液为负胶显影液。 
17.如权利要求16所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述显影的时间为5～60秒。 
18.如权利要求8所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述固化在惰性气体或空气或真空条件下进行。 
19.如权利要求18所述的光敏苯并环丁烯树脂组合物的图案化方法，其特征在于，所述固化的温度为180～300℃。 
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